随着智能系统对复杂环境感知需求的提升，能够同时感知温度、应变等多种物理信息多功能柔性传感器在可穿戴电子、智能机器人、人机交互和电子皮肤等领域的具有重要的作用。然而，传统多功能传感器通常依赖多个传感单元或多种功能材料集成，增加了器件结构复杂度、厚度及布线封装难度，限制了其小型化和高集成应用。基于单一功能材料实现多参数传感是简化器件结构的重要途径。但在单一传感单元中，不同物理信号往往相互耦合，增加了多种物理信号的同时识别与解析难度。对于温度–应变双参数传感而言，材料电阻既会随机械形变变化，也会受到温度波动影响。温度引起的电阻漂移容易被误判为应变信号。因此，如何在不引入额外温度传感器或复杂多层结构的情况下，实现温度与应变信号的有效解耦，是柔性多功能传感器面临的关键问题。

针对这一挑战，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的邰凯平研究员带领团队提出了一种基于单一 Bi₂Te₃/PI 柔性薄膜的自补偿温度–应变双参数传感策略。通过利用 Bi₂Te₃ 薄膜的热电效应和压阻效应（热电电压用于温度感知，电阻变化用于应变感知）实现了温度-应变信号的有效感知与解析。通过利用同一薄膜产生的本征热电电压作为原位温度传感信号，对电阻型应变响应中的温度漂移进行自补偿校正，实现了温度与应变信号的有效解耦。基于该策略，温度波动对电阻型应变信号的干扰得到显著抑制，应变检测准确性明显提升。并且该方法无需额外温度传感器、额外功能层或复杂多单元结构，为高集成柔性多功能传感器设计提供了新思路。此外，研究表明，Bi₂Te₃ 薄膜的载流子浓度与其热电性能和压阻响应密切相关。通过调控薄膜载流子输运特性，可同时提升塞贝克系数和应变灵敏度，从而增强温度和应变双参数传感性能。

在应用验证方面，研究人员将该柔性传感器集成于手指部位，构建了温度–应变双参数感知系统。该系统能够通过应变信号识别手指弯曲动作，同时利用热电信号感知手指接触物体的温度，实现了手势识别与接触温度感知的同步读取。该研究为柔性多功能传感器的小型化、集成化设计提供了新的材料与器件方案，在可穿戴电子、机器人触觉感知、柔性电子皮肤和人机交互等领域具有潜在应用价值。

研究成果近期以“A self-compensated dual-function sensor for simultaneously gesture recognition and temperature perception”为题发表于/接收于《Advanced Functional Materials》。中科院金属研究所博士研究生喻海龙、李胜前、赵俊儒为共同第一作者，邰凯平研究员和于治副研究员为论文的共同通讯作者。该研究成果得到了国家自然科学基金、辽宁省重点研发计划、辽宁省杰出青年科学基金、辽宁省科技发展计划以及沈阳材料科学国家研究中心专项基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75966

图1. 不同载流子浓度Bi₂Te₃/聚酰亚胺薄膜的XRD谱及压阻效应

图2. Bi₂Te₃/聚酰亚胺的温度应变传感机理

图3. Bi₂Te₃/聚酰亚胺薄膜压阻效应与热电效应的耦合关系

图4. 温度-应变传感器的解耦

图5.传感器集成于手指传感器的实际应用演示